特開 2022-91410 歪みゲージの取付構造、及びロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022091410

(43)【公開日】2022-06-21

(54)【発明の名称】歪みゲージの取付構造、及びロボット

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20220614BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020204233

(22)【出願日】2020-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】501428545

【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(72)【発明者】

【氏名】河村 友裕

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063BA22

2F063CA29

2F063DA02

2F063DD02

2F063EC01

2F063EC04

2F063EC15

2F063EC20

2F063EC24

2F063EC30

(57)【要約】

【課題】耐久性を向上させることができ、且つより多くの構成に適用可能な歪みゲージの取付構造を提供する。
【解決手段】被測定部分（９１）に歪みゲージ（１０）を取り付ける構造であって、歪みゲージは、膜状の下地部材（１１）と、下地部材に設けられた抵抗（２０）と、下地部材に設けられて抵抗に接続された第１配線（３０）と、下地部材に設けられて第１配線に接続された端子（４０）と、端子に接続された第２配線（５０）と、を備え、下地部材のうち抵抗が設けられた第１部分（Ｐ１）は、被測定部分に接着され、下地部材のうち端子が設けられた第２部分（Ｐ２）は、他の部材（９０）に接着されていない。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定部分に歪みゲージを取り付ける構造であって、
前記歪みゲージは、膜状又は板状の下地部材と、前記下地部材に設けられた抵抗と、前記下地部材に設けられて前記抵抗に接続された第１配線と、前記下地部材に設けられて前記第１配線に接続された端子と、前記端子に接続された第２配線と、を備え、
前記下地部材のうち前記抵抗が設けられた第１部分は、前記被測定部分に接着され、
前記下地部材のうち前記端子が設けられた第２部分は、他の部材に接着されていない、歪みゲージの取付構造。

【請求項2】

所定方向へ向かって、前記抵抗から前記第１配線が延び、前記第１配線から前記端子が延びており、
前記所定方向において、前記第１配線の長さは、前記端子の長さよりも長い、請求項１に記載の歪みゲージの取付構造。

【請求項3】

前記所定方向において、前記抵抗の長さは、前記端子の長さよりも長く、
前記所定方向において、前記第１配線の長さは、前記抵抗の長さよりも長い、請求項２に記載の歪みゲージの取付構造。

【請求項4】

前記被測定部分を構成する被測定部材は、前記被測定部分から前記第２部分に対向する位置まで延びており、
前記第２部分と前記被測定部材とが当接している、請求項１～３のいずれか１項に記載の歪みゲージの取付構造。

【請求項5】

前記被測定部分を構成する被測定部材と、前記第２部分との間には、所定空間が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の歪みゲージの取付構造。

【請求項6】

前記端子は、前記下地部材において前記被測定部分に対向する側の面に設けられている、請求項５に記載の歪みゲージの取付構造。

【請求項7】

前記端子と前記第２配線とは、半田により接続されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の歪みゲージの取付構造。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の歪みゲージの取付構造を備えるロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定部分に歪みゲージを取り付ける構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の歪みゲージの取付構造において、円環状のダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周縁に一体形成された円環状のボスとの相互に連続する端面を同一平面上に位置する平坦面部分とし、歪みゲージの抵抗線をダイヤフラム側の平坦面部分に貼り付け、抵抗線をリード線に接続するための端子をボス側の平坦面部分に貼り付けたものがある（特許文献１参照）。特許文献１では、折れ曲がった表面部分に歪みゲージを貼り付ける場合とは異なり、平坦面部分に歪みゲージを確実に貼り付けることができるので、剥離などによる信頼性の低下を回避でき、また端子が弾性変形のないボス側の平坦面部分に貼り付けられているので、この部分が繰り返し弾性変形に晒されて断線してしまうこともないとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－６９４０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載の歪みゲージの取付構造は、被測定部分（ダイヤフラム）と弾性変形のない部分（ボス）とが隣接し、且つそれらが平坦である構成にしか適用することができず、適用可能な構成が限定される。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、耐久性を向上させることができ、且つより多くの構成に適用可能な歪みゲージの取付構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための第１の手段は、
被測定部分に歪みゲージを取り付ける構造であって、
前記歪みゲージは、膜状又は板状の下地部材と、前記下地部材に設けられた抵抗と、前記下地部材に設けられて前記抵抗に接続された第１配線と、前記下地部材に設けられて前記第１配線に接続された端子と、前記端子に接続された第２配線と、を備え、
前記下地部材のうち前記抵抗が設けられた第１部分は、前記被測定部分に接着され、
前記下地部材のうち前記端子が設けられた第２部分は、他の部材に接着されていない。

【0007】

上記構成によれば、前記歪みゲージは、下地部材と、前記下地部材に設けられた抵抗と、前記下地部材に設けられて前記抵抗に接続された第１配線と、前記下地部材に設けられて前記第１配線に接続された端子と、前記端子に接続された第２配線と、を備えている。前記下地部材のうち前記抵抗が設けられた第１部分は、前記被測定部分に接着されている。このため、被測定部分の歪みに応じて、第１部分に設けられた抵抗を変形させることができる。そして、端子に接続された第２配線を介して抵抗の抵抗値を測定することにより、抵抗の抵抗値の変化に基づいて被測定部分の歪みを測定することができる。また、歪みゲージの各構成部分を１つの下地部材にまとめることができ、歪みゲージの取り扱いが容易となる。

【0008】

一方、前記下地部材のうち前記端子が設けられた第２部分は、他の部材に接着されていない。このため、被測定部分に歪みが生じたとしても、第２部分に設けられた端子が歪むことを抑制することができる。したがって、端子に応力が繰り返し作用することを抑制することができ、端子と第２配線との接続部が損傷することを抑制することができる。さらに、被測定部分に隣接する部分に第２部分を接着する必要がないため、被測定部分に隣接する部分の構成をより自由に設定することができる。したがって、耐久性を向上させることができ、且つより多くの構成に適用可能な歪みゲージの取付構造を提供することができる。

【0009】

第２の手段では、所定方向へ向かって、前記抵抗から前記第１配線が延び、前記第１配線から前記端子が延びており、前記所定方向において、前記第１配線の長さは、前記端子の長さよりも長い。

【0010】

上記構成によれば、所定方向へ向かって、前記抵抗から前記第１配線が延び、前記第１配線から前記端子が延びている。このため、抵抗から所定方向へ第１配線及び端子を引き出すことができる。そして、前記所定方向において、前記第１配線の長さは、前記端子の長さよりも長い。したがって、被測定部分に発生した歪みが下地部材を介して第２部分に伝わることを、下地部材のうち第１配線が設けられた部分（以下、「第３部分」という）により抑制することができる。

【0011】

第３の手段では、前記所定方向において、前記抵抗の長さは、前記端子の長さよりも長く、前記所定方向において、前記第１配線の長さは、前記抵抗の長さよりも長い。

【0012】

上記構成によれば、前記所定方向において、前記第１配線の長さは、前記抵抗の長さ（＞端子の長さ）よりも長い。したがって、被測定部分に発生した歪みが下地部材を介して第２部分に伝わることを、上記第３部分により効果的に抑制することができる。さらに、第１部分を被測定部分に接着剤により接着する場合に、接着剤が第１部分よりも外側にはみ出したとしても、接着剤が第２部分まで到達すること、ひいては第２部分が他の部材に接着されることを、第３部分により抑制することができる。

【0013】

第４の手段では、前記被測定部分を構成する被測定部材は、前記被測定部分から前記第２部分に対向する位置まで延びており、前記第２部分と前記被測定部材とが当接している。こうした構成であっても、第２部分と被測定部材（他の部材）とが接着されていないため、第１の手段と同様の作用効果を奏することができる。

【0014】

また、第５の手段では、前記被測定部分を構成する被測定部材と、前記第２部分との間には、所定空間が形成されている。こうした構成によれば、所定空間を有効に活用することができる。

【0015】

下地部材において被測定部分に対向する側の面に端子が設けられている場合、端子に第２配線を接続する際に被測定部材が支障になるおそれがある。

【0016】

この点、第５の手段を前提として、第６の手段では、前記端子は、前記下地部材において前記被測定部分に対向する側の面に設けられている。こうした構成によれば、被測定部材と、端子が設けられた第２部分との間に上記所定空間が形成されているため、端子に第２配線を接続する際に被測定部材が支障になることを抑制することができる。

【0017】

具体的には、第１～第６のいずれか１つの手段を前提として、第７の手段のように、前記端子と前記第２配線とは、半田により接続されている、といった構成を採用することができる。こうした構成によれば、端子に応力が繰り返し作用することを抑制することができる構成を前提としているため、半田にひびが入ったり、端子と半田との境界で割れたりすることを抑制することができる。

【0018】

具体的には、第８の手段のように、第１～第７のいずれか１つの手段に記載の歪みゲージの取付構造を備えるロボット、といった構成を採用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】歪みゲージの取付構造の平面図。

【図2】歪みゲージの取付構造の側面図。

【図3】歪みゲージの取付構造の比較例の平面図。

【図4】歪みゲージの取付構造の比較例の側面図。

【図5】歪みゲージの取付構造の変更例の側面図。

【図6】歪みゲージの取付構造の他の変更例の側面図。

【図7】歪みゲージの取付構造の他の変更例の側面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、ロボットの関節に設けられた歪みゲージの取付構造に具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ロボットのコントローラ（制御部）は、歪みゲージの抵抗の抵抗値を測定し、抵抗値の変化に基づいて被測定部分の歪みを測定する。コントローラは測定した歪みに基づいて、関節に作用するトルクを算出する。すなわち、歪みゲージはトルクを検出するトルクセンサとして用いられる。なお、このようにトルクを算出する方法は周知であるため、詳細な説明は省略する。

【0021】

図１，２に示すように、歪みゲージ１０は、被測定部材９０の被測定部分９１の歪みを測定する。歪みゲージ１０は、フィルム１１、抵抗２０、プリント配線３０、プリント端子４０、ワイヤ５０、半田５５等を備えている。なお、図２では、抵抗２０、プリント配線３０、及びプリント端子４０の図示を省略している。

【0022】

フィルム１１（下地部材）は、例えばポリイミド（絶縁性樹脂）により、矩形膜状に形成されている。

【0023】

抵抗２０は、フィルム１１の上面（一方の面）に、抵抗材料により所定のパターン（形状）に形成され（設けられ）ている。抵抗２０は、フィルム１１の長手方向の一端に形成されている。

【0024】

プリント配線３０（第１配線）は、フィルム１１の上面に、抵抗材料又は導電材料により直線状に形成され（設けられ）ている。プリント配線３０は、抵抗２０に接続されており、フィルム１１の長手方向の一方から他方（所定方向）へ向かって抵抗２０から延びている。

【0025】

プリント端子４０（端子）は、フィルム１１の上面に、抵抗材料又は導電材料により矩形状に形成され（設けられ）ている。プリント端子４０は、プリント配線３０に接続されており、フィルム１１の長手方向の一方から他方（所定方向）へ向かってプリント配線３０から延びている。

【0026】

フィルム１１の長手方向において、抵抗２０の長さＬ１は、プリント端子４０の長さＬ２よりも長い。フィルム１１の長手方向において、プリント配線３０の長さＬ３は、プリント端子４０の長さＬ２及び抵抗２０の長さＬ１よりも長い。

【0027】

ワイヤ５０（第２配線）は、導電材料により線状に形成されている。ワイヤ５０は、半田５５によりプリント端子４０に接続されている。

【0028】

フィルム１１のうち抵抗２０が形成された第１部分Ｐ１は、例えば熱硬化性樹脂１３（接着剤）により被測定部分９１に接着され（貼り付けられ）ている。被測定部分９１を構成する被測定部材９０は、被測定部分９１から第２部分Ｐ２に対向する位置まで延びている。すなわち、被測定部材９０の第１部分Ｐ１、第３部分Ｐ３、及び第２部分Ｐ２に対向する面は、同一平面上に位置する平面になっている。しかし、フィルム１１のうちプリント端子４０が形成された第２部分Ｐ２は、被測定部材９０（他の部材）に接着されていない。熱硬化性樹脂１３は、第１部分Ｐ１と、フィルム１１のうちプリント配線３０が形成された第３部分Ｐ３の一部とを、被測定部材９０に接着しており、第２部分Ｐ２を被測定部材９０に接着していない。

【0029】

熱硬化性樹脂１３は、第１部分Ｐ１のみを被測定部材９０に接着すればよいが、第１部分Ｐ１よりも外側まではみ出すことがある。その場合に、熱硬化性樹脂１３は、第３部分Ｐ３までは被測定部材９０に接着してもよい。フィルム１１は、可撓性を有しており、第２部分Ｐ２と被測定部材９０とは、実際には当接している。なお、第２部分Ｐ２と被測定部材９０とは、当接していなくてもよい。

【0030】

上記構成の歪みゲージ１０の取付構造において、ロボットが動作すると、被測定部材９０には、例えば矢印Ａ１で示すように歪みが生じる。これに伴って、矢印Ａ２で示すように、フィルム１１のうち熱硬化性樹脂１３により被測定部材９０に接着された部分にも歪みが生じる。このため、第１部分Ｐ１に形成された抵抗２０が変形し、抵抗２０の抵抗値が変化する。そして、ロボットのコントローラは、抵抗２０の抵抗値を測定し、抵抗値の変化に基づいて被測定部分９１の歪みを測定する。コントローラは測定した歪みに基づいて、関節に作用するトルクを算出する。

【0031】

ここで、第２部分Ｐ２は、被測定部材９０に接着されていない。このため、被測定部材９０に矢印Ａ１で示すように歪みが生じたとしても、この歪みは第２部分Ｐ２まで伝わらない。さらに、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に第３部分Ｐ３があるため、歪みが第２部分Ｐ２まで伝わることが効果的に抑制される。したがって、第２部分Ｐ２に応力が繰り返し作用することが抑制される。

【0032】

図３は歪みゲージの取付構造の比較例の平面図であり、図４は歪みゲージの取付構造の比較例の側面図である。なお、図１，２と同一の部分については、同一の符号を付している。

【0033】

歪みゲージ９１０のフィルム９１１は、上記第３部分Ｐ３を備えていない。歪みゲージ９１０は、上記プリント配線３０を備えていない。そして、抵抗２０とプリント端子４０とが接続されている。

【0034】

第１部分Ｐ１及び第２部分Ｐ２は、熱硬化性樹脂１３により被測定部材９０に接着されている。すなわち、フィルム９１１の全体が、熱硬化性樹脂１３により被測定部材９０に接着されている。

【0035】

ロボットが動作すると、被測定部材９０には、矢印Ａ１で示すように歪みが生じる。これに伴って、矢印Ａ２で示すように、フィルム９１１の全体にも歪みが生じる。このため、第２部分Ｐ２に応力が繰り返し作用し、半田５５にひびが入ったり、プリント端子４０と半田５５との境界で割れたりし易くなる。

【0036】

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

【0037】

・フィルム１１のうち抵抗２０が設けられた第１部分Ｐ１は、被測定部分９１に接着されている。このため、被測定部分９１の歪みに応じて、第１部分Ｐ１に設けられた抵抗２０を変形させることができる。そして、プリント端子４０に接続されたワイヤ５０を介して抵抗２０の抵抗値を測定することにより、抵抗２０の抵抗値の変化に基づいて被測定部分９１の歪みを測定することができる。また、歪みゲージの各構成部分を１つのフィルム１１にまとめることができ、歪みゲージ１０の取り扱いが容易となる。

【0038】

・フィルム１１のうちプリント端子４０が設けられた第２部分Ｐ２は、他の部材（被測定部材９０）に接着されていない。このため、被測定部分９１に歪みが生じたとしても、第２部分Ｐ２に設けられたプリント端子４０が歪むことを抑制することができる。したがって、プリント端子４０に応力が繰り返し作用することを抑制することができ、プリント端子４０とワイヤ５０との接続部が損傷することを抑制することができる。さらに、被測定部分９１に隣接する部分に第２部分Ｐ２を接着する必要がないため、被測定部分９１に隣接する部分の構成をより自由に設定することができる。したがって、耐久性を向上させることができ、且つより多くの構成に適用可能な歪みゲージ１０の取付構造を提供することができる。

【0039】

・所定方向へ向かって、抵抗２０からプリント配線３０が延び、プリント配線３０からプリント端子４０が延びている。このため、抵抗２０から所定方向へプリント配線３０及びプリント端子４０を引き出すことができる。そして、所定方向において、プリント配線３０の長さＬ３は、プリント端子４０の長さＬ２よりも長い。したがって、被測定部分９１に発生した歪みがフィルム１１を介して第２部分Ｐ２に伝わることを、フィルム１１のうちプリント配線３０が設けられた第３部分Ｐ３により抑制することができる。

【0040】

・所定方向において、プリント配線３０の長さＬ３は、抵抗２０の長さＬ１（＞プリント端子４０の長さＬ２）よりも長い。したがって、被測定部分９１に発生した歪みがフィルム１１を介して第２部分Ｐ２に伝わることを、上記第３部分Ｐ３により効果的に抑制することができる。さらに、第１部分Ｐ１を被測定部分９１に熱硬化性樹脂１３により接着する場合に、熱硬化性樹脂１３が第１部分Ｐ１よりも外側にはみ出したとしても、熱硬化性樹脂１３が第２部分Ｐ２まで到達すること、ひいては第２部分Ｐ２が被測定部材９０に接着されることを、第３部分Ｐ３により抑制することができる。

【0041】

・被測定部分９１を構成する被測定部材９０は、被測定部分９１から第２部分Ｐ２に対向する位置まで延びており、第２部分Ｐ２と被測定部材９０とが当接している。こうした構成であっても、第２部分Ｐ２と被測定部材９０とが接着されていないため、上記作用効果を奏することができる。

【0042】

・プリント端子４０とワイヤ５０とは、半田５５により接続されている。上記のように、プリント端子４０に応力が繰り返し作用することを抑制することができるため、半田５５にひびが入ったり、プリント端子４０と半田５５との境界で割れたりすることを抑制することができる。

【0043】

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【0044】

・図５に示すように、フレキシブルプリント回路基板１５（プリント回路基板）に形成されたプリント端子（図示略）と、上記プリント端子４０とを半田５５等により接続することもできる。

【0045】

・図６に示すように、被測定部分９１を構成する被測定部材１９０と、第２部分Ｐ２との間には、所定空間Ｓが形成されていてもよい。こうした構成によれば、所定空間Ｓを有効に活用することができる。歪みゲージ１１０において、抵抗２０、プリント配線３０、及びプリント端子４０は、フィルム１１１において被測定部分９１に対向する側の面１１１ｂと反対側の面１１１ａに設けられている。一方、プリント端子１４０は、フィルム１１１において被測定部分９１に対向する側の面１１１ｂに設けられている。そして、プリント端子４０とプリント端子１４０とが、フィルム１１１を貫通する導電部材７０により接続されている。

【0046】

上記構成によれば、被測定部材１９０と、プリント端子１４０が設けられた第２部分Ｐ２との間に上記所定空間Ｓが形成されているため、プリント端子１４０にワイヤ５０を接続する際に被測定部材１９０が支障になることを抑制することができる。

【0047】

・図７に示すように、被測定部分９１を構成する被測定部材１９０と、第２部分Ｐ２との間には、所定空間Ｓが形成されている。抵抗２０、プリント配線３０、及びプリント端子４０は、フィルム２１１において被測定部分９１に対向する側の面２１１ｂに設けられている。そして、フィルム２１１の面２１１ｂが、熱硬化性樹脂１３により被測定部材１９０に接着されている。

【0048】

上記構成によれば、被測定部材１９０と、プリント端子４０が設けられた第２部分Ｐ２との間に上記所定空間Ｓが形成されているため、プリント端子４０にワイヤ５０を接続する際に被測定部材１９０が支障になることを抑制することができる。なお、歪みゲージ２１０において、ポリイミド等により形成されたカバー層により、抵抗２０（第１部分Ｐ１）及びプリント配線３０（第３部分Ｐ３）が覆われていてもよい。また、上記実施形態においても同様に、ポリイミド等により形成されたカバー層により、抵抗２０（第１部分Ｐ１）及びプリント配線３０（第３部分Ｐ３）が覆われていてもよい。

【0049】

・第１部分Ｐ１を粘着テープ等により被測定部分９１に接着する（貼り付ける）こともできる。

【0050】

・フィルム１１，１１１，２１１に代えて、板状の基板により下地部材を構成することもできる。

【0051】

・プリント配線３０は、直線状の形状に限らず、屈曲状の形状であってもよい。この場合も、フィルム１１，１１１，２１１のうちプリント端子４０，１４０が設けられた第２部分Ｐ２が、他の部材に接着されていなければよい。

【0052】

・歪みゲージ１０，１１０，２１０の取付構造は、ロボットに限らず、その他の産業機械や、一般機械に適用することもできる。また、歪みゲージ１０，１１０，２１０の取付構造は、減速機やモータに適用することができる。また、歪みゲージ１０，１１０，２１０は、トルクセンサに限らず、力センサとして用いることもできる。

【符号の説明】

【0053】

１０…歪みゲージ、１１…フィルム（下地部材）、１３…熱硬化性樹脂（接着剤）、２０…抵抗、３０…プリント配線（第１配線）、４０…プリント端子（端子）、５０…ワイヤ（第２配線）、５５…半田、９０…被測定部材、９１…被測定部分、１１０…歪みゲージ、１１１…フィルム（下地部材）、１４０…プリント端子（端子）、１９０…被測定部材、２１０…歪みゲージ、２１１…フィルム（下地部材）、９１０…歪みゲージ、９１１…フィルム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】